/**
 * 最大堆
 *
 * @author Kevin
 * @date 2018-12-18
 */
public class MaxHeap<E extends Comparable<E>> {

    /**
     * 数据
     */
    private Array<E> data;

    public MaxHeap() {
        this.data = new Array<>();
    }

    public MaxHeap(int capacity) {
        this.data = new Array<>(capacity);
    }

    public MaxHeap(E[] arr){
        data = new Array<>(arr);
        for(int i = parent(arr.length - 1) ; i >= 0 ; i --) {
            siftDown(i);
        }
    }

    /**
     * 获取堆中的元素个数
     */
    public int size() {
        return this.data.getSize();
    }

    /**
     * 堆是否为空
     */
    public boolean isEmpty() {
        return this.data.isEmpty();
    }

    /**
     * 返回完全二叉树的数组表示中，一个索引所表示的元素的父亲节点的索引
     *
     * @param index
     * @return
     */
    private int parent(int index) {
        if (index == 0) {
            throw new IllegalArgumentException("index-0 doesn't have parent.");
        }

        return (index - 1) / 2;
    }

    /**
     * 返回完全二叉树的数组表示中，一个索引所表示的元素的左孩子节点的索引
     *
     * @param index
     * @return
     */
    private int leftChild(int index) {
        return index * 2 + 1;
    }

    /**
     * 返回完全二叉树的数组表示中，一个索引所表示的元素的右孩子节点的索引
     *
     * @param index
     * @return
     */
    private int rightChild(int index) {
        return index * 2 + 2;
    }

    /**
     * 向堆中添加元素
     *
     * @param e
     */
    public void add(E e) {
        this.data.addLast(e);
        siftUp(this.data.getSize() - 1);
    }

    /**
     * 上浮
     *
     * @param k
     */
    private void siftUp(int k) {
        while (k > 0 && data.get(parent(k)).compareTo(data.get(k)) < 0) {
            this.data.swap(k, parent(k));
            k = parent(k);
        }
    }

    /**
     * 获取堆中的最大元素
     */
    public E findMax() {
        if (this.data.getSize() == 0) {
            throw new IllegalArgumentException("Can not findMax when heap is empty.");
        }

        return this.data.get(0);
    }

    /**
     * 取出堆中的最大元素
     */
    public E extractMax() {
        E ret = findMax();

        this.data.swap(0, this.data.getSize() - 1);
        this.data.removeLast();
        siftDown(0);

        return ret;
    }

    /**
     * 下沉
     *
     * @param k
     */
    private void siftDown(int k) {
        while (leftChild(k) < this.data.getSize()) {
            // 在此轮循环中,data[k]和data[j]交换位置
            int j = leftChild(k);
            if (j + 1 < this.data.getSize()
                    && this.data.get(j + 1).compareTo(this.data.get(j)) > 0) {
                j++;
            }

            // data[j] 是 leftChild 和 rightChild 中的最大值
            if (this.data.get(k).compareTo(this.data.get(j)) >= 0) {
                break;
            }

            this.data.swap(k, j);
            k = j;
        }
    }

    /**
     * 取出堆中的最大元素，并且替换成元素e
     *
     * @param e
     * @return
     */
    public E replace(E e) {
        E ret = findMax();
        this.data.set(0, e);
        siftDown(0);
        return ret;
    }

}
